(57)【要約】【課題】従来技術の欠点を克服した、波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法を提供すること。【解決手段】波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法において、（ａ）高状態及び低状態を有する第１の単極性送信波形を発生し、（ｂ）前記高状態及び前記低状態を有する第２の単極性送信波形を発生し、（ｃ）前記低状態で前記第１の単極性送信波形を開始し、（ｄ）前記高状態で前記第２の単極性送信波形を開始する。【選択図】図１
2010000374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法において、
（ａ）高状態及び低状態を有する第１の単極性送信波形を発生し、
（ｂ）前記高状態及び前記低状態を有する第２の単極性送信波形を発生し、
（ｃ）前記低状態で前記第１の単極性送信波形を開始し、
（ｄ）前記高状態で前記第２の単極性送信波形を開始する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
更に、
（ｅ）前記高状態で前記第１の単極性送信波形を終了し、
（ｆ）前記低状態で前記第２の単極性送信波形を終了する
請求項１記載の方法。
【請求項３】
（ａ）高状態及び低状態を有する第１の単極性送信波形を発生し、
（ｂ）前記高状態及び前記低状態を有する第２の単極性送信波形を発生し、
（ｃ）前記低状態で前記第１の単極性送信波形を開始し、
（ｄ）前記高状態で前記第２の単極性送信波形を開始し、
トランスジューサ要素（２４）に供給される送信波形の和がほぼゼロであるように前記第１の単極性送信波形及び前記第２の単極性送信波形を発生する
請求項１記載の方法。
【請求項４】
（ｃ）前記低状態で第１の単極性送信波形を開始する際、ゼロ電圧で前記第１の単極性送信波形を開始し、（ｄ）前記高状態で第２の単極性送信波形を開始する際、正の電圧で前記第２の単極性送信波形を開始する
請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
心エコー法用の超音波画像形成の際、走査用の高容積／秒レートのトランスジューサが必要である。２０又はそれ以上、３５もの可動構造体のリアルタイム画像形成のために、２次元又は３次元表示が各秒毎に生成される。膨大な量の情報が、超音波プローブから超音波システムベースユニットにコミュニケートされる。
【０００３】
種々異なるトランスジューサ及び関連のビーム成形器（フォーマ）が、３次元超音波画像形成用に設けられている。目下のところ、大抵メカニカルトランスジューサが使われている。しかし、関連の画像形成はリアルタイムでは提供されず、典型的には、ＥＣＧゲートが必要である。高速電子／電気制御及びボリュームデータ取得用の２次元トランスジューサアレイが設けられている。例えば、低密度２次元アレイ又は完全サンプリング２次元アレイが使われている。低密度アレイでは、コントラスト分解能が低い。
【０００４】
完全サンプリング２次元アレイは、高価な付加的なビーム成形器ハードウェアを必要とする。２次元アレイは、繰り返してビーム及びレスポンス受信ビームを送信する。ビームは、３次元容積内で電気的に制御される。このように電気的に制御するには、使われる要素の各々にシステムチャネルが必要である。２次元アレイ内の要素の個数は多いので、必要なチャネルの個数も多い。チャネルが多ければ、それだけ、ケーブルも沢山必要である。トランスジューサアレイのプローブ内でビーム成形及び部分ビーム成形を行えば、必要なケーブル本数も減るが、必要チャネル数及び２次元アレイをサンプリングするためのハードウェアは依然として多い。しかも、プローブ内でビーム成形用に使われるアナログ遅延部は高価で大きく、プローブ内のビーム成形器は、プログラム可能性の点で限界がある。
【０００５】
トランスジューサアレイは、別個の送信及び受信システムチャネルにスイッチング可能に接続された、アース電極と信号電極とを有する要素を含む。ビーム成形能力をプローブ内に内蔵するには、送信チャネルと受信チャネルとを分離するスイッチとして作動する高電圧トランジスタ又はダイオードをプローブ内に組み入れる必要がある。これらの高電圧デバイスを、ビーム成形回路に組み込むのはさほど容易ではなく、付加的なスペースを必要とする。
【０００６】
時分割多重を用いて、システムチャネル及びケーブルの数を減らすことが、公知技術の、１システムに開示されている（例えば、特許文献１参照）。複数要素からのデータは、１信号ラインに多重化される。しかし、時分割多重データは、信号トランスジューサ要素からの信号を示す通常のデータとは異なった特性を持っている。通常データで使うように設計された受信回路は、ノイズ又はエラー時分割多重化されたデータ内に不適切に導入してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５６２２１７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、従来技術の欠点を克服した、波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
課題を解決するため、本発明は、波形発生器が位相反転により音響エネルギを送信するシステムの作動方法において、（ａ）高状態及び低状態を有する第１の単極性送信波形を発生し、（ｂ）前記高状態及び前記低状態を有する第２の単極性送信波形を発生し、（ｃ）前記低状態で前記第１の単極性送信波形を開始し、（ｄ）前記高状態で前記第２の単極性送信波形を開始する、ことを提案するものである。
【００１０】
以下の有利な実施例には、超音波トランスジューサ要素で、送信及び受信回路を絶縁するための方法及びシステムが含まれている。トランスジューサ要素の対向面上の電極又は各個別電極が、各個別送信及び受信路又はチャネルに接続されている。高電圧送信及び受信スイッチングの代わりに、トランスジューサ要素が、送信チャネルを受信チャネルから絶縁する。送信チャネルは、受信処理中一方の電極の電圧を制限するための回路（例えば、電極をアースに接続するように作動可能なスイッチ）を有している。受信チャネルは、送信処理中、電極の電圧を制限するための回路（例えば、電極のダイオード電圧よりも大きな電圧変動を阻止するダイオードクランプ）を有している。電圧を制限することにより、送信又は受信作動のどちらかのバーチャルなアース又は直流通電が阻止される。
【００１１】
上述の送信チャネル又は他の送信チャネルを用いると、単極性パルスが、一方の電圧で開始し、異なった電圧で終了するように生成される。例えば、単極性パルスは、ゼロ電圧値で開始し、正の電圧値で終了するように生成される。後続の単極性パルスは、正の電圧で開始し、ゼロ電圧値で終了するようにして送信される。これらのミラー対称な単極性送信波形は、位相反転画像形成用に使用される（例えば、非リニアな応答情報のアイソレーション用に応答受信信号を付加する）。
【００１２】
本発明は、特許請求の範囲により定義され、以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１３】
本発明の別の観点及び利点について、以下、図示の実施例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】異なったトランスジューサプローブから異なったタイプの信号を受信するための超音波システムの１実施例のブロックダイアグラム。
【図２】単一ケーブルで複数のトランスジューサ要素と関連したデータを受信するための方法の１実施例のフローチャート。
【図３】アイソレートされた送信及び受信チャネルを有するトランスジューサの１実施例のブロック図。
【図４】送信器の１実施例の回路図。
【図５】送信器の択一選択的実施例の回路図。
【図６】音響情報を送信及び受信するための、図５のアイソレートされた送信及び受信チャネルを用いる１実施例のフローチャート。
【図７】相互に逆位相の単極性パルスを示す図。
【図８】多次元トランスジューサアレイを示す図。
【図９】回路基板と接続された多次元トランスジューサアレイを有するプローブの内部の１実施例の斜視図。
【図１０】モジュールから集成された多次元アレイの１実施例の断面図。
【図１１Ａ】予め切断されたモジュールを使った多次元アレイを製造するために実行されるステップを示す図。
【図１１Ｂ】予め切断されたモジュールを使った多次元アレイを製造するために実行されるステップを示す図。
【実施例】
【００１５】
図の各構成要素は、必ずしもスケール通りではなく、本発明の原理を説明するために強調して図示してある。しかも、図では、同じ参照番号は、異なった図面で一貫して相応の部分を指示している。
【００１６】
高速又は複合的な２次元及び３次元超音波画像形成が、多重化技術を用いることによって提供される。マルチプレクサはプローブ内に設けられおり、その結果、多数のトランスジューサ要素からの情報が、ベースユニット又は別の処理用の超音波システムへの送信用の１信号チャネルに多重化される。異なったタイプのトランスジューサ用の異なったシステムを設けないで済むために、超音波システムの受信回路は、トランスジューサによって提供された信号のフォーマットに基づいて異なったモードで作動する。プローブのサイズに逆に影響を及ぼさずに、超音波システムにプローブを接続するチャネル数を更に小さくするために、送信チャネルが受信チャネルからトランスジューサ要素によって分離される。この分離によって、プローブ内の高電圧デバイスの集成を最小化して、送信チャネルがアイソレートされる。送信及び受信チャネルをトランスジューサ要素がアイソレートすることができるためには、トランスジューサアレイは、別個に切断されたモジュールから製造され、各モジュールは、各要素の対向側にトレースされる信号を含む。
【００１７】
多重化用の上述の構成は、多重化又は他の特徴とは無関係に使ってもよい。これらの独立した構成又は特徴は、以下の３つの一般的なセクションに記載されている。異なった信号フォーマットと関連する情報を受信するため、又は、多重化されたフォーマットを受信するための受信回路について先ず説明する。送信路を受信路からトランスジューサ要素を用いて分離すること、及び、関連の使用方法について、第２に説明する。最後に、トランスジューサアレイ及び製造方法について説明する。
【００１８】
受信回路：
図１には、超音波システム１０の１実施例のブロック図が示されている。システム１０は、受信回路１４及びイメージプロセッサ１６を有するベースユニット１２を含む。受信回路１４は、ケーブル２２を介して、異なったタイプのトランスジューサプローブ１８，２０と接続するように作動可能である。複数の受信回路１４は、要素２４のアレイからの信号を処理するために、プローブ１８，２０と電気的に接続可能である。付加的に、異なった、乃至、少数の構成要素をシステム１０内に設けてもよく、例えば、１タイプのトランスジューサプローブ１８，２０だけを設けてもよい。
【００１９】
１トランスジューサプローブ２０は、圧電素子又はマイクロエレクトロメカニカル素子２４のアレイを、音響エネルギと電気エネルギとの間の変換のために含む。プローブ２０は、単一素子、素子のリニアアレイ又は素子の多次元アレイを含む。プローブ２０は、アレイをカバーするハウジングを含む。このハウジングは、携帯デバイスであるような形状にされ、又は、患者の洞又は心血管系内に挿入するような形状にされている。プローブ２０は、アレイの各要素２４用のケーブル２２を用いて、受信回路１４に接続されている。各ケーブル２２は、単一要素２４で受信された音響エネルギを示すアナログ信号を伝送する。プローブ２０からのケーブル２２に供給されるシグナリングは、多重化されていないか、又は、要素２４とコネクタ３２との他の介在回路と無関係な通常の信号である。プローブ２０により、プローブ１８からの信号とは異なってフォーマットされた信号又は他の情報が提供される。
【００２０】
プローブ１８は、マルチプレクサ２６と接続された要素２４のリニア又は多次元アレイを含む。１実施例では、１５３６個の要素２４が２次元又は多次元アレイとして構成されている。プローブ１８は、アレイをカバーするハウジングを有している。このハウジングは、携帯デバイスの形状にされるか、又は、患者の洞又は心血管系内に挿入するような形状にされている。１実施例では、トランスジューサプローブ１８は、モジュールを使って以下説明するように製造された、多次元トランスジューサプローブを含むが、しかし、アース面を使った、又は、ＰＺＴ構成素子又はモジュールからなる個々のシグナリングを用いる、他のリニア又は多次元アレイを使ってもよい。
【００２１】
プローブ１８は、前置増幅器３５及び時間利得制御部３７を、多重化前の受信チャネル６４として含む。受信チャネル６４は、要素２４と接続されている。前置増幅され、時間利得制御された情報は、サンプリングアンドホールド回路６０に供給される。サンプリングアンドホールド回路６０は、多数の要素２４からのアナログ情報を１出力に多重化するためのアナログ遅延部を有している。有利な実施例では、サンプリングアンドホールド機能はない。アナログ波形は、「ホールド」操作も「アナログ遅延」操作もせずに、時間でインターリーブされる。サンプリングアンドホールドの必要はないが、択一的にサンプリングアンドホールドしてもよい。
【００２２】
１実施例では、プローブ１８内の受信回路の消費電力は５ワット以下である。１実施例では、各々８個の要素２４毎に１つのマルチプレクサ２６が設けられているが、全要素又は異なった個数の要素にマルチプレクサを１つだけ設けてもよい。マルチプレクサ２６は、プローブ制御部２８に応答するスイッチのアナログ又はデジタル網を含んでいる。１実施例では、マルチプレクサ２６は、複数要素２４からの信号を時分割多重を使って結合する。択一的な実施例では、周波数多重又は他の多重方式が公知であり、又は、最近開発されたものを使ってもよい。プローブ制御部２８は、クロック信号に応答してマルチプレクサを制御して、各要素の各々からのアナログ信号を時分割多重情報内のフレーム内の特定の時間スロットに割り当てられる。１実施例では、プローブ１８及び関連のマルチプレクサ２６は、米国特許第５６２２１７７号明細書に記載されている時分割多重プローブを有している。付加的に、異なった、又は、少数の構成要素をプローブ１８内に設けてもよく、例えば、付加的な増幅器又はフィルタをプローブ１８内に設けてもよく、又は、前置増幅器又は時間利得制御部のないプローブでもよい。
【００２３】
マルチプレクサ２６は、時分割多重又は他のフォーマットデータをラインディバイダ３０に出力する。ラインディバイダ３０は、増幅器、又は、ケーブル２２を介して多重化情報を伝送するためにマルチプレクサ２６と統合された、又は、マルチプレクサ２６から分離された、他のデバイスを含む。
【００２４】
ベースユニット１２は、超音波イメージングシステム、例えば、患者の２次元又は３次元表示を生成するための携帯、カートベース又は他のシステムを有する。受信回路１４は、イメージプロセッサ１６によるビーム成形、検出、及び、他の超音波イメージ処理用の１つ又は複数のトランスジューサプローブ１８，２０からの情報を受信する。
【００２５】
受信回路１４は、コネクタ３２、モードコントロールプロセッサ３４、前置増幅器３６、時間利得制御回路３８、ローパスフィルタ４０、バッファ４２、アナログデジタル変換器４４、デジタル等化器４６、デジタルデマルチプレクサ４８、解析プロセッサ５０、及び、選択可能な遅延部５２を含む。付加的な、異なった又は少数の構成要素を設けてもよい。受信回路１４は、上述の２つ又はそれ以上の構成要素の１つ又は種々の組み合わせを含む。例えば、受信回路は、前置増幅器３６又はローパスフィルタ４０を含む。受信回路１４は、トランスジューサプローブ２０で作動し、そこで、要素２４からの信号は、ベースユニット１２に伝送される前に、増幅及び／又は処理しないでよい。第２の作動モードにより、１信号ライン又はケーブル２２に沿って、要素群を示す時分割又は他の多重化信号を伝送することができる。受信回路１４は、単一の受信チャネルをベースユニット１２内に含む。異なったケーブル２２及び異なった要素２４と関連する多数の受信チャネルが設けられている。
【００２６】
コネクタ３２は、ケーブル２２の束と接続するために、電気コンタクトとの雌又は雄のラッチを有している。コネクタ３２は、異なったトランスジューサプローブ１８，２０と接続するように作動可能である。例えば、時分割多重能力を持ったプローブは、コネクタ３２に接続される。他の例として、プローブ１８は、コネクタ３２から切り離されており、他のプローブ２０は、コネクタ３２に接続されている。コネクタ３２は、ケーブル２２の束と物理的且つ電気的にコンタクトを解除可能に維持する。他の択一的な実施例では、別個のコネクタ３２が異なったプローブ１８，２０用に設けられている。同じベースユニット１２及び受信回路１４が、異なったタイプのトランスジューサプローブ１８，２０からの情報を受信及び処理するために使われる。例えば、コネクタ３２は、完全に定着された２次元又は１．５次元アレイを使って画像形成するためにプローブ１８と接続される。時分割多重により、ベースユニット１２に信号を通信するためのケーブル２２の本数を最小化しつつ、２次元又は３次元画像形成用に２つの空間次元で制御することができる。同じコネクタ３２は、多重化の信号を用いずに超音波画像形成するために、他のトランスジューサプローブ２０と接続する。１実施例では、多数のコネクタ３２には、共通の受信回路１４内にリレー又はソリッドステートスイッチングが設けられていて、トランスジューサを選択するために高速アクセスすることができる。各個別コネクタ３２は、多重化されたトランスジューサ１８又は通常のトランスジューサ２０のどちらかを受け入れる。
【００２７】
モードコントロールプロセッサ３４は、コントロールプロセッサ、一般プロセッサ、アプリケーション特定の集積回路、又は、他のアナログ又はデジタルデバイスを、受信回路１４の各構成要素、例えば、前置増幅器３６及びローパスフィルタ４０を制御するために有している。ユーザによって入力された構成形態に応じて、プローブ制御部２８によって供給された制御信号に応じて、プローブタイプのコネクタ３２による検出に応じて、又は、超音波プローブ１８，２０から受信された信号の解析に応じて、モードコントロールプロセッサ３４は、受信回路１４の１つ又は複数の構成要素を、プローブ１８，２０によって供給されたデータのタイプ又はデータフォーマットに応じて処理するように配列構成する。受信回路の特性は、データフォーマットの関数として構成される。
【００２８】
前置増幅器３６は、レシーバをノイズが低くて、広帯域にマッチするために、トランジスタ又は他のアナログ又はデジタルデバイスを含む。前置増幅器３６は、前置増幅器の特性をプログラミングするために、プログラム可能か、又は、モードコントロールプロセッサ３４に応答する。トランスジューサプローブ２０を用いて作動するために、又は、単一トランスジューサ要素２４を示す信号を用いて作動するために、前置増幅器３６は、要素２４及びケーブル２２のインピーダンスと同様又は要素２４及びケーブル２２のインピーダンスでの、例えば、１ｋΩのインピーダンスのインピーダンス特性を有するようにプログラムされている。インピーダンスは、異なったタイプのプローブ２０用のケーブルインピーダンスの予期される変化に基づいて普遍的にマッチされる。前置増幅器３６は、択一的に、特定タイプのプローブ２０を、異なったケーブル２２、ケーブル長又は要素２２と特別にマッチングするようにプログラム可能である。前置増幅器の入力インピーダンス、利得及び周波数応答は、構成要素を選択可能にスイッチングするか、又は、前置増幅器のバイアス電流を変えることによって制御される。実際には、両方法とも、集積回路構成内で同時に用いてよい。多重化信号で作動するために、前置増幅器３６は、ラインドライバ３０又はプローブ１８の他の出力回路にインピーダンスマッチングするようにプログラムされている。例えば、前置増幅器３６は、ほぼ５０オームのインピーダンスマッチングするようにプログラムされている。択一的な実施例では、異なった前置増幅器４６は、モードコントロールプロセッサによって選択される。
【００２９】
他の実施例では、前置増幅器３６の利得特性は、信号のフォーマット又はプローブ１８，２０のタイプの関数として選択される。多重化されたトランスジューサ１８は、通常のトランスジューサ２０よりも低い前置増幅器利得しか必要としない。と言うのは、信号は既に、多重化の前にトランスジューサ内で前置増幅されている。つまり、システムの前置増幅器３６のノイズパフォーマンスは、集積化前置増幅器３６と共に多重化されたトランスジューサ１８程厳密ではなく、つまり、グレードの低いノイズ前置増幅器は、電力節減又は入力インピーダンス、利得、及び、周波数応答を最適化するのには所望である。
【００３０】
他のプログラム可能な特性は、前置増幅器３６の帯域幅である。多重化された情報のために、前置増幅器３６は、帯域制限されていないか、又は、広帯域に亘って作動し、時分割多重のために、例えば、トランスジューサアレイの中心周波数の２倍以上のシンボルレートの通過周波数で作動する（例えば、５ＭＨｚ以上、３０ＭＨｚ又は１００ＭＨｚ以上）。多重化の情報がない場合、帯域幅は、２−１５ＭＨｚにするとよく、例えば、超音波周波数多はトランスジューサの周波数帯域幅と関連付けるとよい。前置増幅器３６の他の特性は、トランスジューサプローブ１８，２０から供給されたデータフォーマットの関数として適合化又は変えてもよい。
【００３１】
信号コンディショニングブロックが、マルチプレクサ２６内に、又は、前置増幅器３６と共に設けて、ケーブル２２内の周波数依存損失のために予備的に、及び、事後的に等化してもよい。択一的な実施例では、デジタル等化器４６により事後に等化してもよい。択一的な実施例では、デジタル等化器４６により後等化(post-equalization)される。この等化により、シンボル内干渉(inter-symbol interference)が最小化される。例えば、プレエンファシス（前置準漏話等化）又は高周波ブーストを、周波数依存のケーブル損失を補償するために、ケーブルを駆動する前に適用することができる。全通過位相補正フィルタは、アナログデジタル変換の前にシンボル内干渉を更に低減するために、システムレシーバ１４内に設けることができる。
【００３２】
時間利得制御部３８（即ち、深さ利得制御部）は、調整可能な利得増幅器を、アナログ信号を可変に増幅するために含む。単一要素２４を示す信号のために、可変利得は４０〜８０ｄＢの範囲を含むが、他の利得は、超音波信号の深さを浅くするためにセンチメータにつき、ほぼ１ｄＢ／ＭＨｚにするように使ってもよい。時間利得制御部３８は、多重信号用に同様に又は異なって作動する。時間利得制御部３８がプローブ１８内に設けられている場合、受信回路１４の時間利得制御部３８により、多重化信号用の可変利得が小さくされるか、又は、可変利得がないようにされる。時間利得制御部３８が可変利得を用いる場合、利得を用いることにより、多重化要素２４からの信号の各フレーム内で同じ利得を用いることによって時分割多重することができるようになる。
【００３３】
ローパスフィルタ４０は、有限パルス応答又は無限パルス応答フィルタとして構成されたアンチエイリアジング（エイリアス除去）フィルタを含む。ローパスフィルタ４０により、１／２より大きなデジタルサンプリングレートの信号が信号スペクトル中にエイリアスを形成しないように、信号が帯域制限される。ローパスフィルタの帯域幅を狭くすることによって、関心領域の信号が除去又は低減されない限りで、信号対雑音比が大きくされる。プローブ２０によって供給されるか、又は、信号要素２４を示す信号が、２−１５ＭＨｚ周波数範囲内で供給される。ローパスフィルタ４０は、６ｄＢ下側、又は、３０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ以下、又は、他の周波数のカットオフ周波数でプログラムされる。
【００３４】
帯域幅は、画像形成のタイプ、又は、使われているプローブ２０のタイプの関数としてプログラムするとよい。時分割多重情報のような、多重化信号の場合、帯域幅は多重化信号に適合するように広く、シンボル内干渉は最小化される。例えば、帯域幅は３０ＭＨｚ以上、例えば、５０又は１００ＭＨｚであり、ナイキストチャネル形状又は以下の振幅応答対称性を有する直線位相ローパスフィルタが提供され、つまり、｜Ｈ（ｆ）｜＝１−｜Ｈ（Ｆサンプル−ｆ｜、但し、０＜ｆ＜Ｆサンプル、但し、Ｆサンプルは、多重化サンプル速度（例えば、９６ＭＨｚ）である。実際には、Ｈ（ｆ）は、ほぼナイキストチャネルに近く、エラーはデジタル等化器４６により補正される。
【００３５】
バッファ４２は、アナログデジタル変換器４４に入力される信号をバッファリングするために、増幅器又は他のアナログ構成要素を含む。バッファ４２は、使われているデータ又はデータフォーマットのタイプにも拘わらず、同じ特性であるが、データフォーマットの関数として、プログラム可能な異なった特性にしてもよい。例えば、多重化データ用のバッファ４２によって必要とされるもっとずっと高速にしてもよい。プログラム可能な高速限界値は、非多重化モードで電力を節減するのに使うとよい。
【００３６】
アナログデジタル変換器４４は、アナログ信号をサンプリングして、目下公知の種々のコード、又は今後開発されるコードの何れか１つのコードで表示されたデジタル信号を出力する。単一要素２４を示すデータのために、アナログデジタル変換器４４は、他のタイミング情報を参照せずに、クロック入力に応答してデータをサンプリングする。時分割多重データのために、アナログ−デジタル変換器のクロック入力が、マルチプレクサ２６と同期化される。この同期化により、交差信号干渉を最小化して、異なった要素２４の各々から信号を適切に分離することができる。
【００３７】
デジタル化(digitized)したサンプルが、適応化デジタル等化器４６に供給される。デジタル等化器４６は、例えば、シフトレジスタ５４、乗算器５６及び加算器５８を使って実行されるような、プログラム可能な有限パルス応答フィルタを含む。択一的な実施例では、プロセッサ又は他のデバイスは、等化器４６を実行するのに使われる。デジタル等化器４６は、時分割多重情報をフィルタリングして、シンボル内干渉を除去する。乗算器５６に供給されるフィルタ係数は、伝達関数、又は、種々の段又はアナログ信号で作動する受信回路１４の構成要素を介しての要素２４からのシンボル内干渉の生成に基づく。１実施例では、フィルタ係数をプログラム可能にして、伝達関数の点で適合化又は変化することができるようにしてもよい。この係数は、テスト信号、又は、異なったプローブ１８、受信回路１４のアナログ構成要素の異なった処理特性、又は、時間及び温度に起因する変化によって生じるような、伝達関数の検出された差を考慮した他のデータ処理に応答して選択される。単一要素２４を示す信号、又は、多重化されていない信号に対しては、デジタル等化器４６は、乗算係数１の単一タップで遅延されないように、信号を通過する。
【００３８】
デマルチプレクサ４８は、例えば、時分割多重情報のフレーム内の種々異なる時間スロットから信号を分離するためのスイッチ網のようなデジタルデマルチプレクサを有している。デジタルデマルチプレクサ４８は、コンディショナルデルチプレクサとして作動する。受信信号は、デジタル的に多重分離される。例えば、デマルチプレクサは、異なった要素２４からの信号を異なった出力でビーム形成及びイメージプロセッサ１６による他の画像処理のために出力する。通常の信号又は多重化されていない信号に対しては、デマルチプレクサ４８は、ビーム形成用のイメージプロセッサ１６への情報を通過させる。
【００３９】
オプションの解析プロセッサ５０は、デジタル信号プロセッサ、汎用プロセッサ、アプリケーション特定の集積回路、アナログ構成要素、デジタル構成要素、及び、それらの組み合わせを、アナログデジタル変換器４４をマルチプレクサ２６と同期するために、又は、デジタル等化器４６用の係数を選択するために有している。解析プロセッサ５０は、テスト信号で作動する。プローブ制御部２８により、マルチプレクサ２６は、既知又は予め決められたデジタル又はアナログテスト信号をケーブル２２及び受信回路１４を介して解析プロセッサ５０に伝送する。
【００４０】
テスト信号は、キャリブレーション機能の一部分として、例えば、ユーザ入力又はプローブ１８とコネクタ３２との結合に応答して伝送される。ベースユニット１２のコマンド又はプローブ制御部２８により、自動的にテスト信号が生成される。択一的な実施例では、テスト信号は周期的に伝送される。例えば、テスト信号は、時分割多重情報の各フレーム内のプリアンブル又はヘッダ内で伝送される。同期及び適応等化の一方又は両方が、テスト信号の周期的伝送に応答して行われる。安定化のために、何らかの位相感応性のデータ収集シーケンス、例えば、ドップラー処理用のデータ収集により、所定の適応化が最小化されたり、又は、何ら適応化されない、又は、同期化又は等化によって位相が変化しないようになる。
【００４１】
受信信号の多重化又は処理の一方又は両方が、テスト信号の解析に応答して適応化される。例えば、マルチプレクサ２６の動作が、クロック信号を同期化することによって、アナログデジタル変換器４４の動作に適応化される。解析プロセッサ５０は、アナログデジタル変換器４４に関してマルチプレクサ２６に供給されるクロック信号の位相同期用の選択可能な遅延部５２を選択する。クロック回路での固定遅延、クロック信号の経路長に起因する可変の遅延、マルチプレクサ回路遅延、マルチプレクサ信号路長、グループ遅延及び増幅器及び遅延のデジタル化により、調整ずれが生じ、結局、アナログデジタル変換器４４によって異なった要素２４からの各信号が混合される。これらの調整ずれは、プローブ１８の関数、受信回路の構成形態、時間、温度及び処理として変化することがある。解析プロセッサ５０は、既知パターン又はテスト信号を検出することによって、各フレームの開始点を決定する。選択可能な遅延部５２を使って、アナログ−デジタル変換器４４及びマルチプレクサ２６に供給されるクロック信号の位相が同期化される。択一的な実施例では、アナログ−デジタル変換器のクロック信号は、マルチプレクサ２６、又は、受信回路１４のグループ又はサブグループに供給されるクロック信号に関連して位相同期され、１つ以上のマルチプレクサ２６に共通なクロック信号の位相を、１つ以上のアナログ−デジタル変換器４４に共通な他のクロック信号に対して相対的に決めるために使われる。適応化クロックの調整により、多重化制御回路及び受信回路１４とプローブ１８とのインターフェースが簡単になる。１本のクロック線又はケーブル２２が付加的且つ別個の位相同期情報なしに設けられる。択一的な実施例では、別個のクロック及び位相同期信号がプローブ制御部２８に供給される。
【００４２】
１実施例では、受信回路１４による処理は、解析プロセッサ５２によるテスト信号の関数として変更又は適応化される。例えば、解析プロセッサ５０は、係数をルックアップテーブルから選択、又は、デジタル等化器４６によって使うための係数を計算する。デジタル等化器により、シンボルずれ又はシンボル内干渉を除去することができる。解析プロセッサ５０は、既知又は記憶されたテスト信号を受信テスト信号と比較する。受信テスト信号と記憶されたテスト信号との差が、係数を選択するのに使われる。係数は、受信信号が歪まない、又は、シンボル内干渉が除去又は減衰されるように選択される。択一的な実施例では、１つ以上の解析プロセッサ５０からの結果が、デジタル等化器４６によって使うための係数を選択するのに使われる。
【００４３】
１実施例では、受信回路１４は、伝送受信スイッチを含む。以下説明する択一的な実施例では、送信及び受信スイッチは設けられていない。
【００４４】
図２には、図１のシステム１０の動作の１実施例の流れ図が示されている。動作７０では、種々異なる可能なプローブ１８，２０の１つがベースユニット１２に接続される。プローブ１８，２０の１つが選択され、コネクタ３２に取り付けられる。例えば、ユーザが３次元の心臓イメージングを所望すると、時分割多重と関連したプローブ１８内の要素の２次元アレイがコネクトされる。
【００４５】
多重化と関連したプローブのために、テスト信号が動作１で伝送される。多重化又は処理が、テスト信号に応答して適応化される。多重化されていないデータでは、動作１は任意又は設けられない。テスト信号は、プローブ１８のコネクションに応答して、受信回路１４からの制御信号に応答して、ユーザ入力に応答して、自動的に、又は、周期的に伝送される。例えば、テスト信号は、初期キャリブレーションプロセスの部分として伝送されるか、又は、時分割多重情報の各フレームの最初の時間スロット又は他のスロットのヘッダ内で周期的に伝送される。受信テスト信号は、予期されるテスト信号と比較される。この比較に応答して、受信回路の等化係数又は他の処理が適合化又は変更される。付加的又は択一的に、テスト信号のタイミングが識別され、アナログ−デジタル変換器４４をマルチプレクサ２６と同期するために選択可能な遅延が決定される。
【００４６】
動作７４では、受信回路１４は、プローブのタイプ、又は、受信回路１４と接続されたプローブ１８，２０から受信されるデータのフォーマットの関数として異なった特性を有するように構成されている。時分割多重データのように、データフォーマットが多数の要素に相応する場合、情報は、単一要素と関連したデータ、又は、プローブ２０内の干渉回路のないデータの場合とは異なったインピーダンス、利得、フィルタリング、等化に応答して、デジタル変換又は他のプロセスと同様に処理される。種々異なる特性１つ、又は、種々異なる特性の２つ、又は、それ以上の組み合わせを、データフォーマットの関数として変更してもよい。付加的又は異なった複数の特性を変更、又は、択一的に変更してもよい。動作７４を、動作７２の前又は後に実行してもよい。
【００４７】
それから、アナログ情報がデジタル化される。時分割多重情報では、アナログ−デジタル変換器４４が、多重化情報と同期化される。それから、多重化情報は、多重分離されて、ビーム形成及び他の画像形成プロセスが行われる。
【００４８】
送信及び受信アイソレーション：
トランスジューサ要素２４は、送信チャネルを、上述のプローブ１８，２０のどちらか、又は異なった受信回路で使うための他のプローブのうちの受信チャネルから分離するのに使われる。単一要素トランスジューサの場合、リニアアレイ、又は、限定された、又は、プローブ内に送信又は受信回路のないアレイは有用であるが、時分割多重プローブ１８の場合に上述したような、プローブ内に挿入された送信、及び／又は、受信回路の少なくとも一部分を有する多次元トランスジューサアレイの場合には、送信チャネルと受信チャネルとを分離するトランスジューサ要素２４を用いるのは特に有用である。完全固定の多次元トランスジューサアレイは、多数の送信及び受信チャネルを必要とする。送信又は受信回路をプローブ内に配設して、多重化することによって、プローブ１８からベースユニット１２へのケーブル２２又はチャネルの数を最小化することができる。しかし、その際、送信回路及び受信回路は狭いスペース内に共存し、受信回路を送信回路の高電圧から分離するのは難しい。使用電圧の２００ボルトに耐えられるスイッチのような高電圧スイッチは、マルチプレクサのような、他の受信回路と統合するのは難しい。高電圧送信及び受信スイッチングが、トランスジューサ要素に代えて、伝送チャネルを受信チャネルから分離するのに使われる。
【００４９】
図３には、送信路６２と受信路６４とを分離又は切り離すトランスジューサ要素２４が示されている。送信路６２と受信路６４とを直接接続しなくてよい。要素２４は、送信路６２、受信路６４を分離して、受信路６４に高電圧を印加せずに高電圧を伝送することができるようになる。高電圧デバイスは、１実施例では、送信路６２の部分として設けられるが、受信路６４の部分としては設けられない。択一的な実施例では、高電圧デバイスは、受信路６４に設けられる。
【００５０】
要素２４は、複数の要素の１つを多次元又はリニアなアレイ内に含む。１．５次元及び２次元アレイは、要素のＮ×Ｍグリッドの多次元アレイとして構成するとよく、その際、Ｎ及びＭは１よりも大きい。多次元アレイの場合、要素は、リニアアレイの要素２４に較べて小さく、且つ、高いインピーダンスを有している。ケーブル２２と関連した寄生負荷は、マルチプレクサ及びプローブ１８と共に使うためには、なくされるか、又は、低減される。小さな送信パルサ及び非常に低電力の受信前置増幅器を、低インピーダンスの場合よりも高い要素インピーダンスにするのに使うとよい。
【００５１】
要素２４は、２つの電極８０及び８２を含む。電極８０及び８２は、要素２４の反対側に設けられており、例えば、要素の上面及び底面上に所定範囲のディメンションで設けられている。電極８０は、電極８２と電気的に接続されていない。別個の信号トレース部が、電極８０及び８２の各々と共に含まれているか、又は、接続されている。各電極２４は、関連の別個の電極８０，８２用の２つ以上の個別信号トレース部と接続されている。択一的な実施例では、２つ以上の電極が、同じ信号トレース部を共有している。一方の電極８０は、送信路６２に接続されており、他方の電極８２は、受信路６４に接続されている。要素２４は、アースに直接電気的に接続されておらず、例えば、電極をアースに直接接続することによって構成されている。
【００５２】
送信路６２は、電極８０と接続されていて、送信波形が要素２４に供給される。送信路６２は、プローブ１８内の要素２４に対して、少なくとも１つの信号トレース部を有している。他の実施例では、付加的な送信回路、例えば、波形発生器８４、スイッチドライバ８７、及び、コントローラ８８が、送信路６２内、及び、プローブ１８内に組み込まれている。択一的な実施例では、コントローラ８８、ドライバ８７、波形発生器８４又はそれらの組み合わせが、プローブ１８の外部、例えば、ベースユニット１２内に配設されている。
【００５３】
波形発生器８４は、１つ以上の高電圧トランジスタ、例えば、ＦＥＴトランジスタを、単極性、バイポーラ又は正弦波波形を発生するために有している。単極性波形を発生するための送信波形発生器８４の１実施例が、図４に示されている。２つの高電圧トランジスタ８６、例えば、少なくとも耐圧２００ボルトのＣＭＯＳ  ＦＥＴトランジスタが、電圧源とアースとの間に直列接続されている。１実施例では、一方のトランジスタがＰＦＥＴを有しており、他方のトランジスタがＮＦＥＴを有している。トランジスタ８６には、高電圧が印加され、アースに接続されていて、電極８０で、単極性波形が駆動される。送信波形発生器８４がスイッチモードデバイスを有しているので、電力消費は最小である。各要素２４用の、この回路は、ダイ領域の約０．２ｍｍ２を使う。他のインテグレーションフォーマットを設けてもよく、例えば、アプリケーション特有の小さな集積回路内に高電圧ＦＥＴ群を設けてもよい。択一的な実施例では、他のデバイス、例えば、デジタル／アナログ変換器を波形発生のために使ってもよい。
【００５４】
図５には、バイポーラ波形を発生するためのトランジスタ８６の回路網が示されている。４つのトランジスタ８６により、正の電圧、負の電圧、又は、ゼロ電圧で終了するバイポーラ波形を発生することができる。バイポーラ波形が１つだけの極性、例えば、正電圧で終了することができる場合、３つのトランジスタ８６を使ってもよい。各トランジスタのうち、図４及びを使ってもよい。各トランジスタのうち、図４及び５のトランジスタＱ１及びＱ２がドレインからソースへの集積逆方向ダイオードにしてもよいが、トランジスタＱ３及びＱ４は、ダイオードが導電しないように、逆ダイオード構成にされない。他の構成及びトランジスタ８６の回路網を使ってもよい。
【００５５】
トランジスタ８６の各々が基準電圧、例えば、正電圧、負電圧又はアースに接続されている。図４に示されているように、一方のトランジスタ８６は、アースに接続されており、他方のトランジスタ８６は、正又は負の電圧に接続されている。図５に示されているように、２つのトランジスタ８６は、アースに接続されており、一方のトランジスタは、正電圧に接続されており、他方のトランジスタは、負の電圧に接続されている。
【００５６】
ドライバ８７は、トランジスタ又はＦＥＴドライバを波形発生器８４の作動を制御するために有している。択一的な実施例では、他のドライバを使ってもよい。ドライバ８７は、アプリケーション特有の集積回路の部分として集積されているが、別個のデバイスを有していてもよく、又は、汎用プロセッサを有していてもよい。ドライバ８７は、トランジスタ８６を作動するために電圧を変えるように作動可能である。例えば、図４のトランジスタＱ２は、ドライバ８７から１０ボルト信号又は０ボルト信号を印加することによって制御される。トランジスタＱ１は、ドライバ８７から２００ボルト又は１９０ボルト信号を印加することによって制御される。
【００５７】
コントローラ８８は、汎用プロセッサ、アナログ構成要素、デジタル構成要素、アプリケーション特有の集積回路、又は、それらの組み合わせを、１つ以上の要素２４と関連する１つ以上のドライバ８７を制御するのに有している。１実施例では、コントローラ８８は、ドライバ８７と同じアプリケーション特有の集積回路に集積されているが、別個のデバイスでもよい。コントローラ８８は、２進信号をドライバ８７及び波形発生器８４の作動を制御するために出力する。１実施例のコントローラ８８は、送信のコンフィグレーション又は波形パラメータを全アレイ又はサブアレイ用に、プローブ１８の外側から供給されるシンプルな制御信号に基づいて外挿又は選択する。択一的な実施例では、コントローラ８８は、プローブの外部に配置される。
【００５８】
受信路６４は、少なくとも１つの単一の信号トレース部を有しており、信号トレース部は、送信路６２から要素２４の反対側の電極８２と接続されている。他の実施例では、受信路６４は、１つ以上のダイオード９０，９２、前置増幅器９４及びマルチプレクサ９６を含む。付加的な、異なった又は少数の回路を、例えば、フィルタを受信路６４の部分として設けてもよい。電子回路は、明確なフィルタをプローブ内に含まなくてもよく、その際、トランスジューサ要素自体があれば受信信号をフィルタリングするのに充分であり、及び／又は、増幅器の固有のローパスレスポンスがあれば、受信信号をフィルタリングするのに充分である。受信路は、プローブ１８内に要素２４と共に含まれている。択一的な実施例では、マルチプレクサは設けられておらず、前置増幅器９４がプローブ１８とは別個にベースユニット１２内に、又は、プローブ１８内に設けられている。ケーブル２２は、受信路６４をベースユニット１２に接続されている。
【００５９】
ダイオード９０及び９２は、ショットキーダイオード又は他の高電流、低電圧ダイオードデバイスを含む。１実施例では、ダイオード９０及び９２は、作動していない時に電力消費しないようにされている。ダイオード９０及び９２のどちらも反対又は異なった極性でアースに接続されている。ダイオード９０及び９２は、ダイオードクランプを有していて、受信路６４の電極８２での電圧変動を制限している。例えば、ダイオード９０及び９２は、トランジスタの電圧をプラス又はマイナス０．２〜０．７ボルトに制限する。択一的な実施例では、トランジスタ又は他のデバイスが、電極８２の電圧を制限するために使われる。
【００６０】
１実施例では、ダイオード９０及び９２は、アプリケーション特有の集積回路内に前置増幅器及びマルチプレクサ回路９４及び９６と共に集積されている。他のインテグレーションフォーマットを設けてもよく、例えば、別個のダイオードアレイ及び別個の前置増幅器／マルチプレクサ回路をアプリケーション特有の小さな集積回路内に設けてもよい。
【００６１】
前置増幅器９４は、１つ以上のトランジスタを、電極８２からの信号を増幅するために有している。例えば、電流出力側を有する差動ＢＪＴ対が、７ボルトのＢｉＣＭＯＳプロセス又は他のトランジスタプロセスを使って設けられている。５ボルト電源で、チャネル毎に低い２０μＡを用いると、チャネル毎に０．１ミリワットしか消費しない。異なった電力消費と関連の構成要素と特性を有する、他の前置増幅器を使ってもよい。前置増幅器９４は、択一的に、又は、付加的に、時間又は深さ利得制御増幅器又はフィルタを有していてもよい。プローブ１８内に集積化された時間利得制御増幅器用には、時間利得補償の全てではないにしても、そのいくらかを行うための低電力デバイスを使ってもよい。択一的な実施例では、もっと大きな、もっと多くの電力消費の可変増幅器が設けられている。
【００６２】
マルチプレクサ９６は、スイッチ網を有しており、例えば、トランジスタ及びアナログサンプルアンドホールド回路を、複数の伝送路６４の信号を１本のケーブル２２上に多重化するために有している。例えば、マルチプレクサ９６は、８  ｔｏ  １マルチプレクサを、８個の異なった要素２４から１フレームのアナログ情報に信号を多重化するために有している。１実施例では、マルチプレクサ９６は、８個の受信路６４用の９６個のＭＳＰＳの全てに対して各受信路６４用の１２個のＭＳＰＳを設けるように作動可能である。受信路６４の回路は、高電圧デバイスがなく、一方のアプリケーション特有の集積回路内に集積化するか、又は、プローブ１８内の狭いスペース内の他方の汎用回路内に集積化するとよい。
【００６３】
送信及び受信路６２及び６４を対向電極８０及び８２に接続すると、各々、送信路６４の高電圧及び高電圧デバイスを、受信路６４の低電圧デバイスから分離することができる。図６は、図３の要素２４を使った送信及び受信用に１実施例の流れ図が示されている。動作１００では、高電圧送信波形がトランスジューサ要素２４に供給され、受信路６４内の電圧が動作１０２内で制限される。従って、送信路６２の電圧は、動作１０６で制限され、エコー信号が動作１０４で受信路６４で受信される。
【００６４】
要素２４の送信及び受信動作は、送信路及び受信路６２及び６４間で選択するようにスイッチングされない。コントローラ８８からの制御信号に応答して、ドライバ回路８６により、波形発生器８４が高電圧（例えば、２００ボルト）送信波形を動作１００で発生するようにされる。波形発生器８４は、プローブ１８内に配設されており、送信波形はプローブ１８内で発生される。送信波形は、要素２４の一方の電極８０に供給される。他方の電極の電圧は制限されて、効率的に、アース又は直流基準電位として、動作１０２で作動する。ダイオード９０及び９２は、電極８２に接続された受信路６４の電圧を、送信波形の高電圧に較べて低い電圧範囲内にクランプする。それに応じて、要素２４は、電極８０及び８２間の電位差に基づいて音響信号を発生する。要素２４は、送信路６２を受信路６４から分離して、高電圧スイッチングなしで受信回路にダメージが及ぶのを阻止する。
【００６５】
動作１０４の後続の受信動作のために、送信路６２の電圧が制限される。１実施例では、波形発生器８４のトランジスタ８６は、アース又は電極８０に対する基準電圧に接続されている。例えば、図４に示された波形発生器８４のトランジスタＱ２は、スイッチ「オン」されて、電極８０がアースに接続される。択一的な実施例では、他の基準電圧、例えば、トランジスタＱ１に印加される正電圧が電極８０に接続されて、電極８０の電圧変化又は変動を制限する。送信路及び関連の電極の電圧が動作１０６で制限されると、電極８２で、動作１０４での要素２４によって受信された音響エコー信号に応答して電気信号が発生される。受信された電気信号が小さい、例えば、０．２ボルトより小さいので、ダイオード９０及び９２は、受信信号内にノイズが入るのを回避するか、又は、受信信号をクリッピングする。受信信号は、増幅、フィルタリング、多重化、又は、さもなければ、ケーブル２２を介してベースユニット１２に伝送されるように処理される。例えば、増幅器９４は、信号を前置増幅し、時間の関数として電気信号の利得を調整する。マルチプレクサ９６は、異なったトランスジューサ要素２４に応答して、電気信号を他の電気信号に多重化する。同じプロセスが他の要素２４と関連する受信チャネル６４用に繰り返される。送信及び受信動作は、電極との接続のために、送信路及び受信路間で選択せずに実行される。送信路６２及び受信路６４の各々がアースに対して動作し、又は、さもなければ、受信及び送信の各々の間、電極８０，８２が基準電圧に維持される。
【００６６】
図４に示された波形発生器８４を使って、単極性波形が、ゼロ電圧又は正の電圧のどちらかで終了するように発生してもよい。単極性波形発生器８４は、回路に対してダメージを及ぼさずに、正又はゼロ電圧状態で終了するようにできる。択一的な実施例では、単極性波形が、ゼロと負の電圧との間で、ＮＭＯＳデバイスとＰＭＯＳデバイスをスワッピングすることによって、及び、負の電力源を使って発生されるようにしてもよい。どちらにしろ、単極性送信波形が０ボルトで終了しても電圧で終了しても、低インピーダンス状態となる。
【００６７】
図７には、ミラー対称の２つの単極性波形１０８及び１１０が示されている。最初の単極性波形１０８は、低状態又はゼロ電圧レベルで開始し、正の電圧パルスを有し、０ボルト電圧レベルに戻り、それから、高状態又は正の電圧レベルで終了する。後続の単極性波形１１０は、高状態又は正の電圧で開始し、低状態又はゼロボルトの電圧で終了する。一方の波形は、高電圧で開始し、低電圧で終了し、他方の波形１０８は、低状態で開始し、同じ周期数で高電圧で終了し、２つの波形和は、ほぼゼロ値である。トランジスタ８６の上昇及び下降時間の差、及び、異なった電圧で開始する送信波形を使うパフォーマンスの別の差故にゼロ値ちょうどではなく、ほぼゼロ値でしかない。択一的な実施例では、高状態はゼロボルトであり、低状態は負の電圧である。
【００６８】
単極性の波形発生器８４をミラー対称性にすることができるので、単極性送信波形の位相反転を使って組織の調波による画像形成又は他の調波による画像形成を行うことができる。送信波形に応答する音響エネルギが伝搬して、組織内に散乱するので、基本送信周波数の第２調波又は他の調波のエネルギが発生される。単極性波形の各々に応答する受信信号は、基本周波数での情報も調波周波数での情報も含む。位相反転された単極性波形に応答する受信信号が組み合わせ又は付加される場合、基本周波数での情報は取り消され、調波周波数での情報が残される。送信波形の位相反転に応答する調波による画像形成は、シンプルな単極性波形を使って行われる。単極性波形を発生するために使われるトランジスタ８６は、上昇時間及び下降時間の不適合を回避して、波形発生器８４によって導入される調波情報の量が最小になるように設計されている。要素２４の材料は、１実施例では高いポーリング電圧を有して、２つの異なった直流バイアス点（例えば、０及び＋Ｖ）での初期発生に起因する動作中の差、又は、受信不適合を最小にするようにされる。位相反転単極性パルスの送信が、ベースユニット内、又は、プローブ内での送信チャネルを有するシステムで、及び、送信及び受信スイッチングを使うシステムで使われるようにしてもよい。
【００６９】
多次元トランスジューサ：
種々のトランスジューサが送信及び受信路、プローブ、及び、上述の受信回路のどれかで使うことができる。時分割多重を使って完全にサンプリングし、送信路及び受信路の要素ベースのアイソレーションを行うための、そのような多次元トランスジューサアレイの例が図８−１１に示されている。時分割多重により、チャネルカウント又はケーブル２２の数を、ベースユニット１２によって実行されるビーム成形を制限せずに減らすことができる。送信及び受信路に対して、対向電極８０及び８２の別個の信号トレース又は対向電極８０及び８２の接続により、送信及び受信スイッチングの電力消費なしに、プローブ１８内に送信及び受信回路を集積することができる。多次元トランスジューサの種々のアスペクトを、後述の実施例の他のアスペクトとは無関係に使うことができ、例えば、時分割多重又はプローブ１８内での他の回路集積をせずに、特定の要素スペースを使うことができる。
【００７０】
図８には、要素２４の２次元アレイ２００が示されている。要素２４は、高位ディメンション及び方位ディメンションに沿ってグリッド内に間隔を置いて配置されている。方位ディメンションに沿ったものよりも、要素２４の異なった、又は、同じ個数が、高位ディメンションに沿って設けるようにするとよい。複数の要素２４が方位ディメンションに沿ったコラム２０４に設けられている。要素２４は、方位ディメンションに沿って所定のピッチを有しているか、又は、間隔を置いて配置されている。１実施例では、１／２波長のピッチが使われている。１要素の中心から方位ディメンションにそった隣接要素２４の中心まで、１／２波長の距離がある。例えば、２．５ＭＨｚで作動するように設計されたアレイでは、ピッチは３００μｍである。他の間隔を用いてもよい。
【００７１】
要素２４は、高位ディメンションに沿った列２０２に設けられている。高位ディメンションに沿ったピッチ又は間隔は、方位ディメンションに沿ったピッチ又は間隔よりも大きい。１実施例では、方位ディメンションに沿ったピッチは、高位ディメンションに沿ったピッチより２／３以下、例えば、１／２である。上述の２．５ＭＨｚの中心周波数アレイの例では、高位方向でのピッチは、６００μｍ又は１波長である。大きなピッチのためには、各個別要素は、適切に作動するように、又は、要素２４の幅と厚さの所望の比を維持するように再分割するとよい。上述の例では、要素２４は、高位ディメンションに沿って再分割され、例えば、各アレイの中心でＰＺＴ材料の約９０パーセントに亘って再分割されるようにダイシングカットされるが、方位ディメンションに沿っては再分割されない。これ以外の再分割深さを使ってもよい。
【００７２】
図８には、３２個の要素２４が示されている。択一的な実施例では、異なった個数の要素が設けられており、例えば、１５３６個の要素を６４個の方位方向に配置された列２０２にして、２４個の高位方向に配置されたコラム２０４にしてもよく、又は、２０４８個の要素を６４個の方位方向に配置された列２０２にして、３２個の高位方向に配置されたコラム２０４にしてもよい。
【００７３】
図９には、アレイ２００を集積したプローブ１８が示されている。プローブ１８は、アレイ２００、フレキシブル回路部材又は信号トレース部２０６，２０８、複数の回路基板２１０、キャパシタ２１２及びケーブル束２２を含む。これらの構成要素は、プラスチック又は他の人間工学的な形状のプローブカバー又はハウジング内にハウジングされている。異なった、少数の、又は、付加的な構成要素をプローブ１８内に設けてもよい。
【００７４】
フレキシブル回路２０６，２０８は、カプトン又は他のフレキシブルな、薄い電気絶縁材料を有していて、一方又は両面に信号トレース部が堆積されている。フレキシブル回路は、ここで説明しているような何らかのフレキシブル又は非剛性材料を用いていて、１つ以上の導電体を有している。１実施例では、フレキシブル回路材料は、５０μｍ厚である。別個のフレキシブル回路材料２０６及び２０８が、別個の送信及び受信路用に設けられている。例えば、一方のフレキシブル回路２０６には、アレイ２００の要素２４の一方の面から電極及びトレース部が設けられており、他方のフレキシブル回路２０８には、アレイ２００の要素２０４の対向側又は異なった面から電極及びトレース部が設けられている。
【００７５】
図１０には、アレイ２００の高位部分の横断面及び２つのフレキシブル回路２０６及び２０８の関連のコネクションが示されている。アレイ２００は、高位ディメンションに沿って４つのモジュール２２２に再分割されている。付加的に、アレイ２００は、高位ディメンションに沿って異なった又は少数のモジュール２２２に再分割してもよい。例えば、モジュールを１つだけ、２つ、３つ、それ以上使ってもよい。各モジュールは、フレキシブル回路２０６及び２０８の関連の対を有している。各モジュール２２２は、レンジディメンションに沿って複数の層を有しており、例えば、第１の整合層２１８、第１の電極層を、第１のフレキシブル回路２０８から形成された要素２４の上部に有しており、第２の整合層２１６、要素又は圧電（ＰＺＴ）層２１４、第２の電極を、第２のフレキシブル回路２０８及びバッキング材料２２０から形成された圧電層２１４の底面上に有している。付加的、異なった、又は、少数の層を１つ、又は複数又はモジュール２２２全てに設けてもよい。例えば、整合層２１６，２１８を１つだけ、又は、３つ又はそれ以上使ってもよく、又は、両整合層２１６及び２１８を上側の電極及びフレキシブル回路２０８の上側に設けてもよい。
【００７６】
２つの異なったフレキシブル回路２０８及び２０６を、ＰＺＴ材料からなるモジュールの一方又は両側に沿って折り重ね、又は、層２１４をバッキング材料２２０の方又はバッキング材料２２０に沿って設けてもよい。別個の信号トレース部が、要素２４の両側又は上部及び底部上の各要素２４の各々に設けられている。別個の信号トレース部が、各要素２４の各々用のフレキシブル回路２０６上に設けられており、別個の信号トレース部が、各要素２４の各々用フレキシブル回路２０８上に設けられている。各要素２４の各々は、独立して、要素２４のレンジディメンションに沿って上及び底部上の別個の信号トレース部と接続されている。別個の信号トレース部により、送信及び受信路の要素ベースのアイソレーションが可能となる。択一的な実施例では、共通のアースが複数要素２４と接続されている。
【００７７】
各モジュール２２２のバッキング材料２２０は、フレキシブル回路２０６，２０８の２つ又は４つの層によって、他のモジュール２２２の他のバッキング材料２２０から分離されている。一方のモジュール２２２のＰＺＴ層２１４は、１つ又は２つのフレキシブル回路層２０８によって、他のモジュール２２２のＰＺＴ層２１４から分離されている。ＰＺＴ層２１４の幅は、バッキング材料２２０の幅よりも大きく、異なった個数のフレキシブル回路２０６，２０８のために異なった厚みとなる。薄いフレキシブル回路材料を設けることによって、異なったモジュール２２２の各要素２４間のセパレーションを最小にすることによって、有害な音響作用を回避することができる。
【００７８】
図９を参照すると、フレキシブル回路２０８及び２０６は、各要素２００のアレイから離れるにつれて幅が大きくなるように図示されている。幅が大きくなるので、信号トレース部の、個別要素２４からのセパレーションを大きくすることができる。各信号トレース部間の容量性の結合が小さいので、セパレーションを大きくすることができる。
【００７９】
図９には、複数のプリント回路基板２１０、つまり、７つの回路基板２１０が示されている。択一的な実施例では、単一の回路基板２１０、異なった個数の回路基板２１０をプローブ１８内に設けるか、又は、回路基板を設けなくてもよい。１実施例では、６個の回路基板２１０が、上述のプローブ集積回路のような、送信及び受信回路を有している。各送信及び受信回路基板２１０は、高位方向に配置された６個のモジュール２２２と接続されている。択一的な実施例では、１つの回路基板２１０が、異なったモジュール２２２内の各要素２４と接続されており、又は、同じモジュール２２２内の要素２４が異なった回路基板２１０と接続されている。７番目の回路基板は、コントロールロジック回路基板を有している。コントロールロジック回路基板は、ベースユニット１２とインターフェースを形成して、送信及び受信回路を作動する。プリント回路基板２１０及びプローブ１８の他の構成要素は、プローブ１８のハンドル内に適合するようなサイズである。プローブ１８は、ユーザによって人間工学的に扱い易いようにデザインされており、例えば、直径が４インチ以下、又は、手持ち用グリップが設けられている。
【００８０】
１実施例では、回路基板は、１つ以上のマルチプレクサを有している。例えば、複数の８  ｔｏ  １マルチプレクサが、要素２４からの信号を１９２個のシステムチャネル又はケーブル２２に多重化するために設けられている。他の実施例では、少数の、又は、多くのマルチプレクサを少数又は多くのケーブル２２又はシステムチャネルと共に使うために設けられている。例えば、６４個の列２０２及び３２個のコラム２０４のアレイ２００が、２５６本のケーブル２２で、時分割多重情報を送信するためのマルチプレクサと共に設けられている。マルチプレクサをアレイ２００と一緒にプローブ１８内に設けるので、アレイ２００の要素２４の個数よりも少数のケーブル２２及び関連のシステムチャネル又は信号ラインが設けられる。例えば、高位ディメンションに沿った各要素の数と方位ディメンションに沿った各要素の数との積は、ケーブル２２の数よりも大きい。
【００８１】
回路基板２１０は、現在公知の、又は今後開発されるコネクタ又はコネクションを使って、フレキシブル回路２０６及び２０８と接続される。各要素２４用に２つ以上の別個の信号トレース部を使うと、要素２４の数の２倍の電気コネクションを行うことができる。コネクタは、アレイ製造の前に、フレキシブル回路２０６，２０８に取り付けられる。１実施例では、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）又は他のバンプのマトリックス又はソルダリング用の他の構造部がフレキシブル回路２０６及び２０８上のトレース部に設けられている。小さなピッチのマトリックスタイプＢＧＡコネクタを使ってもよい。例えば、ＢＧＡは、受信路信号トレース部をマルチプレクサに接続し、それから、マルチプレクサは、プリント回路基板に接続されて、プリント回路基板へのコネクションの数が低減される。他の実施例では、送信又は受信回路が堆積され、又は、さもなければ、フレキシブル回路上に形成され、フレキシブル回路２０６，２０８からプリント回路基板２１０への少数のコネクションが必要となる。別の実施例では、フレキシブル回路とプリント回路基板との間に直接アタッチメント、例えば、ワイヤボンドジャンピング又は他の相互接続部が設けられる。
【００８２】
図１１Ａ及びＢは、アレイ２００を製造するためのプロセスでの動作を示す。図１１Ａは、要素２４の３つのモジュールが示されている。各モジュール２２２は、Ｎ×Ｍアレイでの要素２４の少なくとも２つの列及び２つのコラムを含む。各モジュール２２２のＰＺＴ層２１４及び関連のフレキシブル回路２０８，２０６は、各モジュール２２２用に独立してダイシングされる。このダイシングは、要素２４を形成するように、方位又は高位ディメンションに沿ったダイシングの一方又は両方を含む。各モジュール２２２用に別個に、電極又はフレキシブル回路２０８，２０６をダイシングすることによって、各モジュール２２２を別個にテストするとよい。別個にテストすることによって、最終組立の前に、欠陥のあるモジュール２２２を廃棄することができる。例えば、キャパシタントテスト又は音響テストがモジュール２２２の各々の各要素２４に対して実行される。
【００８３】
別個にダイシングされたモジュール２２２の各々が、図１０に示されているように形成される。種々の製造プロセスのどれかを使うとよく、組立を別の順序にしてもよい。１実施例では、第１の整合層２１６、圧電層２１４の厚板及び圧電層２１４の底部上に配置されたフレキシブル回路２０６が、バッキング層２２０の上部上に積層される。ピン及び関連のホール又はテンプレートを有する精密機器が、これらの層を整列するのに使われる。底面のフレキシブル回路２０６は、異なった要素２４との接続のために両面上に信号トレース部を有している。それから、整列された層がボンディング又は一緒に接着される。
【００８４】
ボンディング後、フレキシブル回路材料２０６の底面層が、圧電層２１４の層の下側のバッキング層２２０の面に沿って折り重ねられる。バッキング層２２０の幅は、ほぼ、フレキシブル回路２０６の１つ又は２つの層の幅の分だけ、圧電層２１４の幅よりも狭い。１実施例では、フレキシブル回路２０６は、バッキング層２２０の２つの両側で折り重ねられるが、片側でだけ折り曲げてもよい。底面フレキシブル回路２０６は、部分モジュール２２２に、テフロンコーティングされたフレーム、又は、他のフレームを通して、ボンディング材料又は接着剤を塗布することによって、バッキング材料にしっかりボンディングすることができる。択一的に、底面フレキシブル回路２０６は、上部フレキシブル回路２０８をボンディングする事後の動作の間、モジュール２２２の側面にボンディングされる。
【００８５】
第１の整合層２１６及び圧電層２１４は、方位ディメンションに沿ってダイシングされる。例えば、６個の主要ダイシング切断部が、フレキシブル回路材料２０６内に位置するが、貫通しないように形成される。小さい方のダイシング切断部は、方位ディメンションに沿って形成するとよい。小さい方のダイシング切断部は、圧電層２１４内に約９０％位置している。他のダイシング深さにしてもよい。エポキシ、シリコン又は他の材料をダイシング切断部に充填してもよい。高音響インピーダンスの切断部充填材料を使ってもよく、と言うのは、圧電層２１４及び第１の整合層２１６だけが、方位方向にダイシングされるからである。択一的な実施例では、他の層が方位方向にダイシングされ、低音響インピーダンス切断部充填材料が使われる。択一的な実施例では、切断部充填材料は使われない。
【００８６】
第１の整合層２１６の表面は、アースに接続されるか、又は、さもなければ、必要ならば、過剰な切断部充填材料を除去するように処理してもよい。上部フレキシブル回路２０８及び第２の整合層２１８が整列され、ピン及びホール又はテンプレートを使って一緒にボンディングされる。それから、ボンディングされた上部フレキシブル回路２０８は、底部整合層２１６にボンディングされる。択一的な実施例では、上部フレキシブル回路２０８及び上部整合層２１８は、整列されて、切断部の充填と関連する１動作として、モジュール２２２上の底部整合層２１６にボンディングされる。
【００８７】
底部フレキシブル回路２０６と関連の信号トレース部に対して相対的な、フレキシブル回路２０８及び関連の信号トレース部の位置は、各要素２４に対して別個に信号トレースするのに充分な許容偏差内である。例えば、プラス又はマイナス５０μｍの許容偏差により、高位ディメンションに沿って、要素２４の各々の間を１００μｍの領域をダイシングすることができ、その際、信号トレースを不利にカットしないでよい。他の許容偏差及び距離も可能である。精密機器のピン及びホール、テンプレート又は光学的な整列を使って整列される。モジュール２２２の両側のフレキシブル回路２０６，２０８に信号トレース部を設けることによって、信号トレースの密度を小さくすることができ、それにより、ダイシング窓を大きくすることができる。択一的な実施例では、信号トレースの密度を大きくすることができ、フレキシブル回路２０８及び２０６をモジュール２２２の片側に設けてもよい。
【００８８】
上部フレキシブル回路２０８は、圧電層２１４及びバッキング層２２０の一方の面又は両面に沿って折り重ねられる。フレキシブル回路２０８は、圧電層２１４からバッキング材料２２０の方に位置している。信号トレース部が、底部フレキシブル回路２０６の上部面又は外側に向いた面上、及び、上部フレキシブル回路２０８の底部又は内部に向いた面上に設けられている場合、絶縁層は、２つのフレキシブル回路２０６及び２０８の間に付加される。例えば、テフロン、又は、非導電材料の２５μｍ又は他の厚みは、組立前又は組立中、フレキシブル回路層２０６の一方又は両方に形成される。それから、上部フレキシブル回路２０８は、テフロンコーティング又は他のコーティングをフレームを貫通して形成することによって、モジュール２２２の側面にボンディングされる。両フレキシブル回路及び関連の電極は、モジュール２２２にボンディングされる。
【００８９】
それから、モジュール２２２は、高位ディメンションでダイシングされ、例えば、電極２４の６４個のコラム２０４を形成するようにダイシングされる。ダイシングは、両フレキシブル回路２０６及び２０８を貫通して位置しており、圧電層２１４はバッキング層２２０内に位置している。１実施例では、ダイシング切断部は少しもないが、ダイシング切断部を少し使ってもよい。１実施例では、上部フレキシブル回路２０８が、マイクロスコープによって検査されて、ダイシングソーを光学的に整列するようにされる。初期の方位ダイシングと共に高位ダイシングすることによって、要素２４が所定のように形成される。同時に、又は、異なった時間に、各モジュール２２２の各々に、高位ダイシングしてもよい。ダイシングにより、上部及び底部の別個の電極が形成され、及び、各要素全体に共通の面をアースせずに、各要素２４の各々に対して、関連の信号トレースが行われる。択一的な実施例では、各要素２４用の別個の１信号トレースだけでアース面が使われる。
【００９０】
別個にダイシングされたモジュール２２２は、図１１Ｂに示されているように整列される。モジュール２２２は、高位又は方位ディメンションに沿って相互に隣接して配置されて、要素２４の大きなアレイ２００が形成される。モジュール２２２の各々は、１つ以上のフレキシブル回路２０６，２０８によって、別のモジュール２２２から分離される。１実施例では、モジュール２２２の各々は、要素２４の、６４個の方位方向に配置された列２０２と、高位方向に配列された４個又は６個のコラム２０４を示す。高位及び方位ディメンションに４個又は６個のモジュール２２２を整列することによって、要素２４の６４×２４個のグリッドが形成される。モジュールの他の個数、サイズ及び要素グリッドの個数を、フレキシブル回路２０６，２０８によってモジュール２２２を分離して、又は分離せずに使ってもよい。
【００９１】
上部フレキシブル回路２０８は、底面上に形成された信号トレース部を有しており、その結果、フレキシブル回路２０８は、一方のモジュール２２２の信号トレース部を他方のモジュール２２２の信号トレース部から電気的に絶縁する。択一的な実施例では、絶縁材料、例えば、付加的なカプトン又は他の材料が、２つのモジュール２００間に配置されて、信号トレース部が電気的に絶縁される。
【００９２】
整列の前に、モジュール２２２の各々が、テフロンカバーされたフレーム、又は、接着剤又はボンディング材料付のフレームによってプレスされる。緊密にプレスすることによって、フレキシブル回路２０６及び２０８をモジュール２２２の側面に沿って、各モジュール間のセパレーションが最小となるように適合される。
【００９３】
モジュール２２２は、フレーム２２４内に配置される。フレームは、グラファイト材料、他の導電材料、又は、非導電材料を含む。４つのモジュール２２２は、択一的に、フレーム２２４内にプレスして適合されているか、又は、フレーム２２４内に配置可能である。モジュール２２２がフレーム２２４内に配置される場合、モジュール２２２のＰＺＴ層２１４間の間隔は、５０−１５０μｍであるが、他の間隔を使ってもよい。この間隔は、各モジュール２２２の各圧電層２１４間のフレキシブル回路材料の結果である。５０−１５０μｍの間隔は、通常の切断部幅よりも大きな０−１００μｍである。これ以外の相対的な幅を使ってもよい。各モジュール２２２間のセパレーションを最小化すると、高位ディメンション又は高位ポイントの拡がりの関数でのビーム幅が最小になる。フレーム２２４は、モジュール２２２を両ディメンションで整列するが、方位ディメンション内の許容偏差を小さくしてもよい。大きな許容偏差で整列するのは、マニュアルでの光学的な整列、ピン及びホールによる整列、又は、テンプレートとしてのフレーム２２４の精密な適合によって行ってもよい。
【００９４】
モジュール２２２をフレーム２２４内に整列した後、個別ダイシングからの切断部は、シリコン又は他の切断部充填材料で充填されている。切断部充填材料は、モジュール２２２を相互に、及び、フレーム２２４にボンディングするように作用する。択一的な実施例では、モジュール２２２の切断部は、整列前に充填される。択一的な実施例では、切断部の充填は使われない。レンズ材料又は他のフォーカシング又は非フォーカシングの音響的に透過性の材料の保護層が、アレイ２００の上側又は周囲に配置されている。例えば、高温又は室温で硫化されたシリコンが、アレイ２０８の上部に形成されている。アレイ２００は完全にサンプリングされるが、付加的な保護層が非フォーカス又は限定されたフォーカス用に設けられている。
【００９５】
フレキシブル回路２０６，２０８及び関連の信号トレース部が、プリント回路基板又はマルチプレクサに接続されている。マルチプレクサの出力は、ケーブル２２に接続されている。ケーブルは、アレイ２００の要素２４をベースユニット１２に電気的に接続する。
【００９６】
択一的な実施例では、異なった多次元アレイが、マルチプレクサと一緒にプローブ１８内に集積化され、及び／又は、送信及び受信路がトランスジューサ要素２４によって絶縁されている。多重化することによって、多数のチャネルを単一チャネルに多重化することができる（時分割多重によるように）。多重化、所望の帯域幅、中心周波数、及び、クロックレートの量によって、使われている多重化の量が決められる。例えば、４０ＭＨｚクロックレートのシステムは、２５ＭＨｚもの中心周波数（中心周波数の１．６倍ものナイキストサンプリングレートと見なされる）のトランスジューサを使ってもよい。多重化により、中心周波数を低減して、システムチャネル又はケーブル２２の数を低減してもよい。上述の実施例では、２：１マルチプレクサにより、１２０％帯域幅の１２．５ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができるが、１本のケーブル２２を使うと要素２４の数は２倍になる。３：１マルチプレクサにより、８．３ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができる。４：１マルチプレクサにより、６．３ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができ、５：１マルチプレクサにより、５．０ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができ、６：１マルチプレクサにより、４．２ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができ、７：１マルチプレクサにより、３．６ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができ、８：１マルチプレクサにより、２．５ＭＨｚもの中心周波数のトランスジューサを使うことができる。もっと高いクロックレートにより、もっと多くの多重化、又は、もっと高い中心周波数のトランスジューサにすることができる。
【００９７】
幾つかの多次元アレイにより、第１のディメンションに沿ったＮ個の要素及び第２のディメンションに沿ったＭ個の要素で配列された複数のトランスジューサ要素が設けられ、その際、Ｎは、１よりも大きく、Ｍは、１よりも大きく、且つ、Ｎに等しくない。例えば、多数のＰＺＴ層リニアアレイ、１．５Ｄ、Ｉビーム又は要素２４の他のアレイは、要素２４の異なった分布を有している。プローブは、要素２４のアレイ２００をハウジングしている。プローブ内で、少なくとも２つの複数のトランスジューサ要素２４に接続されたマルチプレクサにより、ベースユニット１２に接続された幾らかのシステムチャネル又はケーブル２２での要素２４の個数を大きくすることができる。
【００９８】
多重化することにより、１．５次元トランスジューサアレイの分解能を高くすることができ、例えば、アレイを、方位ディメンションで、９６個の要素２４の２以上の高位列にすることができる。例えば、２：１時間領域多重化、９６個の要素の３つ又は４つの列の１．５Ｄアレイは、１２．５ＭＨｚまでもの１９２個のシステムチャネル又はケーブル２２を使う。７セグメント又は９６個の要素２４の列の７：１多重化により、アレイは、１９２のシステムチャネルで３．６ＭＨｚまでもの周波数で作動したり、４０ＭＨｚクロックレートシステムでケーブル２２で作動したりすることができる。
【００９９】
絶縁された、左側及び右側高位方向のアパーチャに間隔を置いて配置された要素２４を有する平凹面状トランスジューサは、多重化にすると有利である。例えば、米国特許第６０４３５８９号明細書に記載されているアレイを参照するとよい（以下、引用する）。２つ又は３つのセグメントにされたアレイは、１つ以上の要素からの信号を他の要素からの信号と多重化することによって、高い中心周波数、及び／又は、もっと多数の要素で作動する。
【０１００】
２つ以上の別個の、又は、相互に交差したリニア又は湾曲リニアアレイとして構成されたトランスジューサは、多重化すると有利となることがある。第１のリニアアレイは、一方のディメンションに沿って位置付けられ、第２のリニアアレイは、第２のディメンションに沿って、又は、第１のアレイに平行とならないように位置付けられている。例えば、ここで引用している米国特許第６０１４４７３号明細書に記載されている、種々のＩビーム、＋ビーム、又は、他のアレイは、多重化を用いて、幾つかの、又は、少数のケーブル２２で多数の要素にすることができる。この例では、一方のリニアアレイは、画像形成用に使われ、１つ以上の他の対角方向アレイにより、トラッキング情報が提供される。多重化することにより、画像分解能は、システムチャネル又はトラッキングアレイ用のケーブルを使うことによって犠牲にされる程度が小さくなる。例えば、１つの画像形成及び２つのトラッキングアレイは各々、１９２本のケーブル２２に３：１多重化して、１９２個の要素２４を使う。アレイ内の要素２４の他の分布を使ってもよい。
【０１０１】
２層又は多層のトランスジューサアレイでは、多重化すると有利であることがある。２つ以上のＰＺＴ層を要素２４のリニア又は他のアレイ内に設けることは、調波による画像形成用に使われる。方位ディメンションに沿った要素２４の１つ以上の１ディメンションアレイは、レンジディメンションに沿った要素２４又はＰＺＴの層を有する。例えば、米国特許明細書（シリアル番号１０／０７６６８８、２００２．２．１４提出）又は５９５７８５１に記載されているアレイは、電極によって分離された要素２４の多数アレイを使う。多重化により、アドレス可能な別個のＰＺＴ層及び／又は要素２４を極めて多数にすることができる。一方の層と別の層とを相対的に位相同期することにより、基本又は調波により作動することができる。
【０１０２】
２次元アレイ又は単一リニアアレイとして要素の平方グリッドでは、多重化により有利となることがある。多重化により、少数のシステムチャネル又はケーブル２２で、要素を多数にすることができる。多重化により、高い分解能及び／又は２又は３次元画像形成用に高速スキャンすることができる。
【０１０３】
本発明について、種々の実施例を用いて上述したが、本発明の範囲を逸脱しない限りで、いくつかの点で変更及び変化することができる。従って、前述の詳細な説明は、本発明の有利な実施例を示したにすぎず、本発明を定義したものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載されている。
【０１０４】
超音波トランスジューサ要素２４での送受信回路をアイソレートするための方法及びシステムが設けられている。トランスジューサ要素２４の対向面上の分離された多数又は複数の電極８０、８２は分離された送受信路６２，６４又はチャネルに接続されている。高電圧送受信スイッチの代わりにトランスジューサ要素２４が送信チャネルを受信チャネルから絶縁する。送信チャネル６２は受信処理中一方の電極の電圧を制限するための回路を有しており、例えば、電極をアースに接続するように作動するスイッチである。受信チャネル６４は送信処理中電極の電圧を制限するための回路を有しており、例えば、電極のダイオード電圧よりも大きな電圧変動を阻止するダイオードクランプである。電圧を制限することによりバーチャルなアース又は送信又は受信作動のどちらかのための直流が形成される。上述の送信チャネル又は他の送信チャネルを使って、単極性パルスを、一方の電圧を開始し、異なった電圧で終了するようにしてもよい。例えば、単極性パルスはゼロ電圧値で開始し、正の電圧値で終了する。後続の単極性パルスは正の電圧値で開始しゼロ電圧値で終了することによって送信される。これらのミラー対称な単極性送信波形を、位相反転画像形成のために使ってもよく、例えば、調波情報をアイソレートするために応答受信信号を付加する。
【符号の説明】
【０１０５】
１２  イメージングベースユニット
１８  プローブ
２２  ケーブル
２４  トランスジューサ要素
２６  マルチプレクサ
３７  時間利得制御回路
６２  送信路
６４  受信路
８０  第１の電極
８２  第２の電極
８４  波形発生器
９０，９２  ダイオード
８６  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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